《柔性布拉格反射層的聲學特性研究》是依託電子科技大學,由鐘慧擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：柔性布拉格反射層的聲學特性研究
- 依託單位：電子科技大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：鐘慧
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對所提出的柔性BAW感測器的新型結構器件，本項目擬基於BAW感測器相關基礎理論，建立柔性基底BAW感測器的數學模型，通過數值仿真計算對BAW感測器結構及工作模式進行設計，利用有限元仿真，分析結構及材料參數對感測器性能的影響，最佳化布拉格反射材料特性及電極分布，實現厚度剪下模式的激振，並設計相關驗證性實驗，完善柔性BAW感測器理論分析。根據PET及PI材料的特性，設計以PET為器件基底，PI和W分別為固態封裝型體聲波諧振器布拉格反射層低、高阻抗層的新型體聲波諧振器。實驗中選擇磁控濺射及甩膠塗覆的方式沉積器件各層薄膜，利用乾法刻蝕實現器件的圖形化。研究柔性BAW諧振器的能量轉換及聲波傳輸的相關特性，研究柔性基底BAW感測器靈敏度的特性，並與理論計算相驗證，深刻理解柔性基底對BAW性能的影響，為其他類似結構的感測器提供理論依據和參考。
結題摘要
隨著無線通訊技術的不斷發展，薄膜體聲波器件在射頻前端套用中的優勢越來越明顯，該類型諧振器尺寸極小，比單純以電磁波為傳播信號的元器件尺寸小4-5個數量級；插損小，Q值高(可達1000以上)；工作頻率高，可承受的功率容量比聲表面波器件更大；並且可以與CMOS工藝兼容，鑒於以上優點薄膜體聲波諧振器技術迅速占領了射頻通信市場。同時，在感測器領域，如生化檢測等方面也有著廣闊的套用前景。 傳統體聲波諧振器的製備工藝複雜、成本高。為了降低體聲波諧振器的工藝門檻，使其得到更廣泛的研究與套用，本項目研究了基於柔性基底的體聲波諧振器，採用聲阻抗很小的柔性材料作為基底的同時反射聲波，該類型諧振器無需製備工藝複雜的空腔結構或布拉格反射層結構， 首先項目組從理論上分析了基於柔性基底體聲波諧振器的工作原理，完善了其理論基礎。提出了基於柔性基體聲波諧振器的三種實現形式：成品PI基底器件，勻膠固化式器件和凹槽填充式器件，並利用Comsol有限元仿真軟體對器件進行了建模仿真，從器件的電學性能和熱力學性能兩大方面對器件進行了仿真分析。發現採用聲阻抗極小的PI襯底在理論上也可以得到性能良好的器件，仿真發現直接以PI為襯底的器件Q值可以達到1300。在對勻膠固化式器件的仿真分析中得出結論：PI厚度過小時存在大量的反射波造成的寄生諧振模式，當PI厚度達到10μm以上時寄生模量才能被有效抑制，隨著PI厚度的增加器件的有效機電耦合係數不斷增加，器件Q值有下降趨勢；在熱力學性能的分析中，發現對於勻膠固化式器件PI每增加2μm器件的最高穩態溫度上升33K；凹槽填充式器件極大的最佳化了器件的熱力學性能，同樣在10μm厚度PI條件下，比勻膠固化式器件的最高穩態溫度降低142.44K。 在理論分析的基礎上，對基於柔性基底的體聲波諧振器進行了實驗製備。分別研究了濺射功率、氣體流量和基底溫度對薄膜性能的影響，利用MEMS工藝對三種結構的諧振器進行了製備，最終成功製備出以成品PI為襯底的諧振器與勻膠固化式諧振器，並進行了測試。
